(57)【要約】  この冷却装置（１００）は、冷却対象物（Ｍ）が配置される複数の配置領域（１０）を表面に有する本体部（１）と、本体部（１）内に設けられた冷媒流路（２）とを備える。冷媒流路（２）は、第１流路部（２１）と、第２流路部（２２）とを含む。第１流路部（２１）は、所定の配置領域（ＤＲ）内の一部と重なる所定位置に、第２流路部（２２）よりも集中的に冷媒を通過させるように形成されている。
2018055923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象物が配置される複数の配置領域を表面に有する本体部と、
前記本体部内に設けられた冷媒流路とを備え、
前記冷媒流路は、前記複数の配置領域のうち所定の配置領域と重なる位置を通る第１流路部と、前記所定の配置領域以外の他の前記配置領域と重なる位置を通る第２流路部とを含み、
前記第１流路部は、前記所定の配置領域内の一部と重なる所定位置に、前記第２流路部よりも集中的に冷媒を通過させるように形成されている、冷却装置。
【請求項２】
前記第１流路部は、前記所定の配置領域に配置される前記冷却対象物の局所発熱部と重なる前記所定位置に配置されている、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記第１流路部は、前記第２流路部の第２流路幅よりも小さい第１流路幅を有することにより、前記所定位置に冷媒を集中的に通過させるように構成されている、請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記第１流路部の第１流路幅は、流路幅方向における前記局所発熱部の幅以上の大きさを有する、請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記冷媒流路内には、板状の伝熱フィンが設けられており、
前記第２流路部内の前記伝熱フィンは、前記第１流路部内の前記伝熱フィンよりも圧力損失が小さいフィンにより構成されている、請求項３または４に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記第２流路部の前記伝熱フィンは、冷媒の流通方向に延びる直線状フィンであり、
前記第１流路部の前記伝熱フィンは、冷媒の流通方向に並ぶ複数のフィン部が互いに流路幅方向にずれるように形成されたオフセットフィンである、請求項５に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記第２流路部は、前記第１流路部よりも前記冷媒流路の上流側に配置されており、
前記第２流路部には、上流側ほど圧力損失が低くなるように、フィン形状または流路幅方向のピッチが異なる複数の前記伝熱フィンが設けられている、請求項５または６に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記所定の配置領域は、複数の前記配置領域のうち、前記冷媒流路の最も下流側に位置する前記配置領域である、請求項２に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記所定の配置領域は、複数の前記配置領域のうち、発熱密度が最も高い前記局所発熱部を含んだ前記冷却対象物が配置される前記配置領域である、請求項２に記載の冷却装置。
【請求項１０】
冷却対象物が配置される複数の配置領域を表面に有する本体部と、
前記本体部内に設けられた冷媒流路とを備え、
前記冷媒流路内には、
前記複数の配置領域のうち所定の配置領域と重なる位置に配置された第１伝熱フィンと、前記所定の配置領域以外の他の前記配置領域と重なる位置に配置された第２伝熱フィンとが設けられ、
前記第２伝熱フィンは、直線状フィンからなり、前記第１伝熱フィンは、前記第２伝熱フィンよりも圧力損失が大きく伝熱性能が高いオフセットフィンからなる、冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷却装置に関し、特に、内部の冷媒流路を流れる冷媒によって、表面上に配置された冷却対象物を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内部の冷媒流路を流れる冷媒によって、表面上に配置された冷却対象物を冷却する冷却装置が知られている。このような冷却装置は、たとえば、特許第４４１００６５号公報に開示されている。【０００３】
特許第４４１００６５号公報には、冷媒流路を形成したプレート本体を備え、冷媒流路を流れる冷媒によって、冷媒流路に沿ってプレート本体表面に複数配置した冷却対象物としての電子部品を冷却する水冷式のコールドプレート（冷却装置）が開示されている。特許第４４１００６５号公報に開示されたコールドプレートは、冷媒流路の内部に配置されたオフセットフィン（伝熱フィン）の冷媒流路に沿った長さが、下流側に向かうに従って短くなるように構成されている。電子部品が冷媒流路に沿って複数配置される場合、冷媒流路の上流側から下流側に向かうに従って、吸熱により冷媒温度が上昇してそれぞれの電子部品を均等に冷却することができなくなる。特許第４４１００６５号公報では、下流側に向かうに従ってオフセットフィンの長さを段階的に短くすることにより、冷媒の流通抵抗を段階的に増加させて熱交換量を増大させ、流路全体でそれぞれの電子部品を均等に冷却できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４１００６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、本願発明者らが鋭意検討した結果、従来のコールドプレートは、冷却対象物の内部発熱が非均一で分布を有していると、個々の冷却対象物において局所的に冷却能力が不足する（冷却対象物が局所的に許容温度（冷却対象物の使用限界温度）を超えてしまう）場合があることを見出した。さらに、本願発明者らは、それぞれの冷却対象物の種類が異なるなど個々の冷却対象物の総発熱量が異なる場合があることなどを考慮すると、必ずしも冷媒流路の下流側に限らず冷媒流路の途中の位置に配置された冷却対象物に対して冷却能力が不足する場合があることを見出した。また、単純に流路全体の冷却能力を向上させる場合には、圧力損失が増大して冷媒供給側の許容負荷（冷媒供給用のポンプ能力）を超えてしまうため、冷却装置全体の圧力損失を増大させないようにすることも必要である。仮に、冷媒供給側の許容負荷を超えないようにするために、能力の大きいポンプを使用すると、その分のコストが増大してしまう。【０００６】
これらの観点に基づき、本願発明者らは、特許第４４１００６５号公報に開示されたコールドプレートのように冷媒流路の下流側に向かうに従ってオフセットフィンの長さを段階的に短くするだけでは、冷却装置全体の圧力損失が増大するのを抑制しつつ、局所的に冷却能力が不足することを抑制することによって冷却対象物に対して十分な冷却能力を確保することが困難であるという結論に達した。【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、冷却装置全体の圧力損失が増大するのを抑制しつつ、局所的に冷却能力が不足することを抑制することによって冷却対象物に対して十分な冷却能力を確保することが可能な冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、第１の発明による冷却装置は、冷却対象物が配置される複数の配置領域を表面に有する本体部と、本体部内に設けられた冷媒流路とを備え、冷媒流路は、複数の配置領域のうち所定の配置領域と重なる位置を通る第１流路部と、所定の配置領域以外の他の配置領域と重なる位置を通る第２流路部とを含み、第１流路部は、所定の配置領域内の一部と重なる所定位置に、第２流路部よりも集中的に冷媒を通過させるように形成されている。【０００９】
第１の発明による冷却装置では、上記のように、複数の配置領域のうち所定の配置領域と重なる位置を通る第１流路部と、所定の配置領域以外の他の配置領域と重なる位置を通る第２流路部とを含む冷媒流路を設け、第１流路部を、所定の配置領域内の一部と重なる所定位置に、第２流路部よりも集中的に冷媒を通過させるように形成する。これにより、第１流路部では、所定位置において冷媒を集中的に流すことにより流速を上昇させ、所定位置と重なる位置である一部分に対する冷却能力を局所的に向上させることができる。したがって、冷却対象物の内部での発熱分布を考慮して、特に冷却が必要な部分が第１流路部（所定位置）と重なる位置となるように冷却対象物を配置することにより、局所的に冷却能力が不足する（冷却対象物の温度が局所的に許容温度を超える）ことを抑制することが可能となる。そして、それぞれ冷却対象物が配置される複数の配置領域のうちで、最も冷却能力が必要な所定の配置領域に合わせて第１流路部を配置すれば、最も冷却が必要な部分での冷却能力の不足を抑制することができるので、各々の冷却対象物に対して冷媒流路全体で十分な冷却能力を確保することが可能となる。さらに、冷却能力に余裕がある他の配置領域に重なる位置には、第１流路部ほど冷媒を集中的に流さずに圧力損失を低く抑えることが可能な第２流路部を設けることによって、第１流路部による圧力損失の増大分を相殺して、冷却装置全体での圧力損失の上昇を抑制することができる。これらの結果、冷却装置全体の圧力損失が増大するのを抑制しつつ、局所的に冷却能力が不足することを抑制することによって冷却対象物に対して十分な冷却能力を確保することができる。【００１０】
上記第１の発明において、好ましくは、第１流路部は、所定の配置領域に配置される冷却対象物の局所発熱部と重なる所定位置に配置されている。このように構成すれば、冷却対象物のうちで特に発熱密度が大きくなる局所発熱部と重なる位置に第１流路部を配置することができるので、冷却対象物の局所的な発熱によって冷却能力が不足することを確実かつ効果的に抑制することができる。【００１１】
この場合、好ましくは、第１流路部は、第２流路部の第２流路幅よりも小さい第１流路幅を有することにより、所定位置に冷媒を集中的に通過させるように構成されている。このように構成すれば、第１流路部の流路幅を第２流路幅よりも小さい第１流路幅に絞ることにより、容易に、所定位置に冷媒を集中させて流速を増大させ、局所的な冷却能力を増大させることができる。また、第２流路部の第２流路幅を相対的に大きくすることができるので、第２流路部の圧力損失を低く抑えて冷却装置全体での圧力損失の上昇を抑制することができる。【００１２】
上記第１流路部が第１流路幅を有する構成において、好ましくは、第１流路部の第１流路幅は、流路幅方向における局所発熱部の幅以上の大きさを有する。このように構成すれば、第１流路幅を第２流路幅よりも小さくする場合でも、少なくとも局所発熱部の全体と重なる範囲に第１流路部（所定位置）を形成することができる。その結果、第１流路部（所定位置）における冷媒の流速を上げつつ、局所発熱部の全体を冷却することにより、局所発熱部を効果的に冷却することができる。【００１３】
上記第１流路部が第１流路幅を有する構成において、好ましくは、冷媒流路内には、板状の伝熱フィンが設けられており、第２流路部内の伝熱フィンは、第１流路部内の伝熱フィンよりも圧力損失が小さいフィンにより構成されている。このように構成すれば、第２流路部の流路幅を相対的に大きくするだけでなく、第１流路部内の伝熱フィンよりも圧力損失が小さい伝熱フィンを第２流路部内に設けることによって、冷却能力に余裕がある第２流路部における圧力損失を低く抑えることができる。この結果、冷却装置全体での圧力損失の上昇を抑制することができる。【００１４】
この場合、好ましくは、第２流路部内の伝熱フィンは、冷媒の流通方向に延びる直線状フィンであり、第１流路部内の伝熱フィンは、冷媒の流通方向に並ぶ複数のフィン部が互いに流路幅方向にずれるように形成されたオフセットフィンである。このように構成すれば、相対的に冷却能力に余裕がある第２流路部には低圧力損失で低伝熱性能の直線状フィンを設け、相対的に冷却能力が必要な第１流路部には高圧力損失で高伝熱性能のオフセットフィンを設けることができるので、冷却装置全体での圧力損失の上昇を抑制しつつ、複数の冷却対象物の各々に対する冷却能力を各々の発熱に応じて最適化することができる。また、例えば、第１流路部よりも上流側において、局所発熱部と重なる位置を通過して温められた冷媒と、発熱が高くない箇所を通過した（局所発熱部以外と重なる位置を通過した）低温の冷媒とが第１流路部に流入する際など、温度差を有する冷媒が第１流路部１２１に流する際、オフセットフィンによって冷媒を攪拌し、冷媒温度を平均化させて冷却能力を維持することができるので、局所発熱部を効果的に冷却することができる。【００１５】
上記第２流路部内の伝熱フィンを第１流路部内の伝熱フィンよりも圧力損失が小さいフィンにより構成する場合において、好ましくは、第２流路部は、第１流路部よりも冷媒流路の上流側に配置されており、第２流路部内には、上流側ほど圧力損失が低くなるように、フィン形状または流路幅方向のピッチが異なる複数の伝熱フィンが設けられている。ここで、第２流路部内では、下流側ほど冷媒温度が上昇して冷却能力の余裕が減少することになる。そこで、冷却能力に余裕がある上流側ほど圧力損失が低く伝熱性能が低い伝熱フィンを設けることにより、冷却能力の余裕に応じて圧力損失および伝熱性能を調整できるので、より効果的に、冷却能力を確保しつつ冷却装置の圧力損失の上昇を抑制することができる。【００１６】
上記第１流路部が冷却対象物の局所発熱部と重なる所定位置に配置される構成において、好ましくは、所定の配置領域は、複数の配置領域のうち、冷媒流路の最も下流側に位置する配置領域である。ここで、複数の配置領域に配置される各冷却対象物の発熱量に大きな違いがない場合には、最も下流側の配置領域に配置される冷却対象物において冷却能力が不足しやすくなる。そのため、冷媒流路の最も下流側に位置する配置領域を所定の配置領域とし、所定の配置領域に配置される冷却対象物の局所発熱部と重なる所定位置に第１流路部を配置することによって、冷却対象物の局所的な発熱によって冷却能力が不足することをより一層効果的に抑制することができる。【００１７】
上記第１流路部が冷却対象物の局所発熱部と重なる所定位置に配置される構成において、好ましくは、所定の配置領域は、複数の配置領域のうち、発熱密度が最も高い局所発熱部を含んだ冷却対象物が配置される配置領域である。ここで、複数の配置領域に配置される各冷却対象物の発熱量が異なる場合には、発熱密度が最も高い局所発熱部において冷却能力が不足しやすくなる。そのため、発熱密度が最も高い局所発熱部を含んだ冷却対象物が配置される配置領域を所定の配置領域とし、所定の配置領域に配置される冷却対象物の局所発熱部と重なる所定位置に第１流路部を配置することによって、冷却対象物の局所的な発熱によって冷却能力が不足することをより一層効果的に抑制することができる。【００１８】
第２の発明による冷却装置は、冷却対象物が配置される複数の配置領域を表面に有する本体部と、本体部内に設けられた冷媒流路とを備え、冷媒流路内には、複数の配置領域のうち所定の配置領域と重なる位置に配置された第１伝熱フィンと、所定の配置領域以外の他の配置領域と重なる位置に配置された第２伝熱フィンとが設けられ、第２伝熱フィンは、直線状フィンからなり、第１伝熱フィンは、第２伝熱フィンよりも圧力損失が大きく伝熱性能が高いオフセットフィンからなる。【００１９】
第２の発明による冷却装置では、上記のように、複数の配置領域のうち所定の配置領域と重なる位置に配置された第１伝熱フィンと、所定の配置領域以外の他の配置領域と重なる位置に配置された第２伝熱フィンとを冷媒流路の内部に設け、第２伝熱フィンを、直線状フィンにより構成し、第１伝熱フィンを、第２伝熱フィンよりも圧力損失が大きく伝熱性能が高いオフセットフィンにより構成する。これにより、第１伝熱フィンでは、第２伝熱フィンよりも伝熱性能が高いことに加えて、オフセットフィンによって冷媒を攪拌することができる。したがって、冷却対象物の内部での発熱分布を考慮して、特に冷却が必要な部分が第１伝熱フィンと重なる位置となるように冷却対象物を配置することにより、局所的な発熱箇所で温められた冷媒と、発熱が高くない箇所での低温の冷媒とを第１伝熱フィンによって攪拌し、冷媒温度を平均化させて冷却能力を維持することができる。その結果、局所的な発熱によって冷却能力が不足する（冷却対象物の温度が局所的に許容温度を超える）ことを抑制することが可能となる。そして、それぞれ冷却対象物が配置される複数の配置領域のうちで、最も冷却能力が必要な所定の配置領域に合わせて第１伝熱フィンを配置すれば、各々の冷却対象物に対して冷媒流路全体で十分な冷却能力を確保することが可能となる。さらに、冷却能力に余裕がある他の配置領域では、第１伝熱フィンよりも圧力損失が小さい直線状フィンからなる第２伝熱フィンを設けることにより、第１伝熱フィンによる圧力損失の増大分を相殺して、冷却装置全体での圧力損失の上昇を抑制することができる。以上の結果、冷却装置全体での圧力損失の上昇を抑制しつつ、局所的に冷却能力が不足することを抑制することによって冷却対象物に対して十分な冷却能力を確保することができる。
【発明の効果】
【００２０】
冷却装置全体の圧力損失が増大するのを抑制しつつ、局所的に冷却能力が不足することを抑制することによって冷却対象物に対して十分な冷却能力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態による冷却装置に冷却対象物を配置した状態を示した模式的な斜視図である。
【図２】冷却対象物の配置領域を示した冷却装置の上面図である。
【図３】冷却装置の冷媒流路を示した模式的な水平断面図である。
【図４】冷媒流路の第２流路部を説明するための拡大図である。
【図５】冷媒流路の第１流路部を説明するための拡大図である。
【図６】第１流路部および第２流路部と局所発熱部との位置関係を示した縦断面図である。
【図７】直線状フィンの一例を示した斜視図である。
【図８】オフセットフィンの一例を示した斜視図である。
【図９】第１実施形態の冷却装置および比較例における配置領域の温度変化を説明するための図である。
【図１０】第２実施形態による冷却装置の冷媒流路を示した模式的な水平断面図である。
【図１１】第３実施形態による冷却装置の冷媒流路を示した模式的な水平断面図である。
【図１２】第１流路部の変形例を示した拡大図である。
【図１３】第１流路部の第１流路幅の変形例を示した模式的な縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
［第１実施形態］
図１〜図８を参照して、第１実施形態による冷却装置１００の構成について説明する。冷却装置１００は、上面（設置面）上に設置された冷却対象物からの熱を吸収して冷却する水冷式のコールドプレートである。冷却対象物Ｍは、特に限定されないが、たとえば各種の電子機器や電子回路などの発熱体である。冷却装置１００は、たとえば電力変換装置に用いられるパワーモジュールなどの、発熱量の大きい冷却対象物を冷却する場合に特に好適に用いることができる。以下では、冷却対象物Ｍが、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などの電力制御用スイッチング素子を備えたパワーモジュールである例について説明する。
【００２４】
図１および図２に示すように、冷却装置１００は、本体部１を備えている。本体部１は、冷却対象物Ｍが配置される複数の配置領域１０を表面に有し、冷媒流路２（図２参照）を内部に有している。
【００２５】
本体部１は、概略で長方形状の平板形状を有する。本体部１は、それぞれ平坦面状の第１面（上面）１ａと、第２面（下面）１ｂとを有する。本体部１の長手方向の一方の端部の側面には、冷媒流路２に対する冷媒の出入口となる２つのヘッダ部３が設けられている。２つのヘッダ部３には、それぞれ開口部からなる冷媒入口３ａと冷媒出口３ｂとが設けられている。冷媒入口３ａと冷媒出口３ｂとは、それぞれ冷媒流路２の一端と他端とに連通している。以下、便宜的に、平面視（上面視）における直交する２方向のうち、本体部１の長手方向をＸ方向とし、本体部１の短手方向をＹ方向とする。本体部１の厚み方向（上下方向）をＺ方向とする。
【００２６】
本体部１の第１面１ａには、冷却対象物Ｍを配置するための配置領域１０が複数形成されている。配置領域１０は、第１面１ａ内で、冷却対象物Ｍが載置されて冷却対象物Ｍの下面と第１面１ａとが接触する領域である。本体部１に４つの配置領域１０（以下、配置領域１０Ａ〜１０Ｄとする）が設けられており、冷却装置１００には、合計４つの冷却対象物Ｍを配置することが可能である。
【００２７】
本体部１には、それぞれの配置領域１０に対応するねじ穴１５（図２参照）が設けられ、冷却対象物Ｍを配置領域１０に位置決めして固定することが可能である。冷却対象物Ｍは、熱伝導性コンパウンドや放熱グリスなどにより隙間をなくした状態で、第１面１ａ上の配置領域１０に密着するように配置（設置）される。
【００２８】
冷却対象物Ｍは、平面視で長方形の板状形状を有する。各配置領域１０は、冷却対象物Ｍが、長辺がＸ方向に一致し、短辺がＹ方向に一致して載置されるように形成されている。冷却対象物Ｍは、均一に発熱するわけではなく、局所発熱部（ヒートスポット）ＨＳを含んでいる。冷却対象物Ｍがパワーモジュールである場合、冷却対象物Ｍの内部に配置された１または複数のスイッチング素子が発熱源となる。したがって、冷却対象物Ｍは、個々のスイッチング素子の配置位置に対応した局所発熱部ＨＳを含んでいる。図２の場合、冷却対象物Ｍには、４つの局所発熱部ＨＳが長辺方向（Ｘ方向）に直線状に列状に並んでおり、かつ、短辺方向（Ｙ方向）に２列存在しているため、合計８箇所の局所発熱部ＨＳがある。局所発熱部ＨＳは、Ｘ方向の長さＬ１、Ｙ方向の長さＬ２を有する。
【００２９】
局所発熱部ＨＳは、冷却対象物Ｍ全体のうちで発熱密度が他の部分よりも高くなる領域である。そのため、冷却対象物Ｍの発熱量の総量に対して十分な放熱量で冷却対象物Ｍの下面を均等に冷却しても、発熱密度の高い局所発熱部ＨＳにおいて許容温度を超えてしまうことがある。
【００３０】
冷媒流路２は、本体部１の内部に形成された冷媒の流通空間である。図３では、冷媒流路２は、折り返し部２３を有し、Ｘ方向の一端側の冷媒入口３ａから流入した冷媒が他端側で折り返し、一端側の冷媒出口３ｂから流入方向の逆方向に排出するように構成されている例を示している。冷媒流路２は、液体の冷媒を流通させる。冷媒としては、たとえばエチレングリコール水溶液などの公知の液冷媒を用いることが可能である。
【００３１】
冷媒流路２は、平面視で４つの配置領域１０の各々と重なる位置（直下の位置）を通過するように形成されている。冷媒は、冷媒流路２において、配置領域１０Ａ、配置領域１０Ｂ、配置領域１０Ｃ、配置領域１０Ｄの各々と重なる位置を順に流れていき、それぞれの配置領域１０と重なる位置を通過する際に冷却対象物Ｍから発生した熱を吸収する。これにより、各冷却対象物Ｍが冷却される。なお、冷媒流路２は、Ｚ方向の厚みが略一定の流路となっている。以下の説明では、冷媒流路２における冷媒の流れに沿った方向を基準として、冷却装置１００の各部の位置を、上流側または下流側と表現する場合がある。たとえば４つの配置領域１０のうち、配置領域１０Ａが最も上流側に位置し、配置領域１０Ｄが最も下流側に位置する。
【００３２】
冷媒流路２は、複数の配置領域１０のうち所定の配置領域ＤＲと重なる位置を通る第１流路部２１と、所定の配置領域ＤＲ以外の他の配置領域１０と重なる位置を通る第２流路部２２とを含む。
【００３３】
所定の配置領域ＤＲは、冷却装置１００に設けられる複数の配置領域１０のうちで、冷却装置１００の冷却能力の余裕が最も少なくなる（冷却能力が不足しやすくなる）位置にある配置領域である。たとえば、各配置領域１０に配置される各冷却対象物Ｍの発熱量に大きな違いがない場合には、最も下流側に位置する配置領域に配置された冷却対象物Ｍにおいて冷却能力の余裕が少なくなるため、最も下流側に位置する配置領域が所定の配置領域ＤＲとして設定（設計）され得る。また、たとえば各配置領域１０に配置される各冷却対象物Ｍの発熱量が異なる場合には、発熱密度が最も高い局所発熱部ＨＳにおいて冷却装置１００の冷却能力の余裕が少なくなるため、発熱密度が最も高い局所発熱部ＨＳを含んだ冷却対象物Ｍが配置される配置領域が、所定の配置領域ＤＲとして設定（設計）され得る。発熱密度が高い局所発熱部ＨＳを含んだ冷却対象物Ｍが配置される配置領域が複数ある場合には、それらの配置領域のうちで最も下流側に位置する配置領域が所定の配置領域ＤＲとして設定（設計）され得る。どの配置領域を所定の配置領域ＤＲとして設定するかは、局所発熱部ＨＳの発熱密度と冷媒温度の上昇との関係に基づいて決定することができる。第１実施形態では、各冷却対象物Ｍが概ね同一である（発熱量が概ね等しい）との前提の下、最も下流側の配置領域１０Ｄが所定の配置領域ＤＲである例について説明する。
【００３４】
したがって、第１流路部２１は、冷媒流路２の内、最も下流側の所定の配置領域ＤＲ（配置領域１０Ｄ）と重なる位置を通るように設けられている。第２流路部２２は、所定の配置領域ＤＲ（配置領域１０Ｄ）以外の他の配置領域１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃと重なる位置を通る。以下、冷媒流路２の流れ方向に沿って各流路部について説明する。
【００３５】
第２流路部２２は、第１流路部２１よりも冷媒流路２の上流側に配置されている。第２流路部２２は、Ｘ方向において、冷媒入口３ａと折り返し部２３との間の距離Ｄ１の範囲、および、折り返し部２３と第１流路部２１との間の距離Ｄ２の範囲に形成されている。図４に示すように、第２流路部２２は、一定の第２流路幅Ｗ２を有する直線状形状に形成されている。第２流路部２２は、各配置領域１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃ（図３参照）と重なる位置において、同じ流路幅となるように形成されている。なお、流路幅とは、平面視における冷媒の流通方向と直交する方向（Ｙ方向）の幅である。
【００３６】
第２流路幅Ｗ２は、各配置領域１０における局所発熱部ＨＳのＹ方向の長さＬ２よりも大きい。また、第２流路幅Ｗ２は、Ｙ方向の一方側の局所発熱部ＨＳの一方側端部から、Ｙ方向の他方側の局所発熱部ＨＳの他方側端部までの距離Ｄ４（Ｙ方向において複数の局所発熱部ＨＳが占める範囲）よりも大きい。このため、第２流路部２２は、各配置領域１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃと重なる位置において、流路幅方向（Ｙ方向）の壁面間の範囲に複数の局所発熱部ＨＳと重なる領域が収まるように形成されている。
【００３７】
図３に示すように、第１流路部２１は、第２流路部２２よりも下流側に配置されている。第１流路部２１は、Ｘ方向において、折り返し部２３から延びる第２流路部２２の終端と、冷媒出口３ｂとの間の距離Ｄ３の範囲に形成されている。第１流路部２１は、Ｘ方向に延びる直線状形状に形成されている。
【００３８】
図５に示すように、第１流路部２１は、所定の配置領域ＤＲ内の一部と重なる所定位置に、第２流路部２２よりも集中的に冷媒を通過させるように形成されている。第１流路部２１は、所定の配置領域ＤＲに配置された冷却対象物Ｍの局所発熱部ＨＳと重なる所定位置に配置されている。言い換えると、第１流路部２１によって、冷媒流路２には、局所発熱部ＨＳと重なる所定位置において集中的に冷却を行う集中冷却部２４が形成されている。
【００３９】
第１流路部２１は、所定の配置領域ＤＲに配置される冷却対象物Ｍの局所発熱部ＨＳと重なる所定位置に配置されている。図５の例では、冷却対象物Ｍは、Ｘ方向に直線状に４つ並び、Ｙ方向に２列並んだ局所発熱部ＨＳを有している。そのため、第１流路部２１は、Ｙ方向の２列の局所発熱部ＨＳに対応した２つの直線状領域からなる集中冷却部２４を含んでいる。
【００４０】
各集中冷却部２４は、一方端（Ｘ１方向の端部）の局所発熱部ＨＳから他方端（Ｘ２方向の端部）の局所発熱部ＨＳまでの距離Ｄ５の範囲を含むように、Ｘ方向に直線状に延びている。冷媒の流通方向（Ｘ方向）における第１流路部２１の長さＤ３（図３参照）は、Ｘ方向において複数の局所発熱部ＨＳが占める範囲（距離Ｄ５の範囲）以上である。第１流路部２１は、これらの２本の集中冷却部２４（所定位置）に集中的に冷媒を通過させることにより、所定の配置領域ＤＲに配置された冷却対象物Ｍの各局所発熱部ＨＳを集中的に冷却する。
【００４１】
第１流路部２１は、２つの集中冷却部２４に対応するように２つに分岐している。分岐した各第１流路部２１は、第２流路部２２の第２流路幅Ｗ２よりも小さい第１流路幅Ｗ１を有することにより、集中冷却部２４に冷媒を集中的に通過させるように構成されている。なお、分岐した各第１流路部２１の第１流路幅Ｗ１の合計は、第２流路幅Ｗ２よりも小さい。
【００４２】
第１流路部２１は、冷媒流路２（第２流路部２２）の流路幅を絞るように設けられた案内壁部２６および２７によって、第１流路幅Ｗ１となるように形成されている。第２流路部２２の内壁面２５よりもＹ方向内側に突出する案内壁部２６と、冷媒流路２中に配置されて第１流路部２１を２つに分岐した流路として形成する案内壁部２７とによって、幅狭の第１流路部２１が形成されている。
【００４３】
また、第１流路部２１の第１流路幅Ｗ１は、流路幅方向（Ｙ方向）における局所発熱部ＨＳの幅以上（長さＬ２以上）の大きさを有する。第１流路幅Ｗ１は、局所発熱部ＨＳの幅（長さＬ２）と略一致する。したがって、図６に示すように、第１流路部２１は、所定の配置領域ＤＲに配置された冷却対象物Ｍの局所発熱部ＨＳの幅（長さＬ２）と略等しい第１流路幅Ｗ１を有し、かつ、局所発熱部ＨＳの直下を通るように形成されている。
【００４４】
（伝熱フィン）
図３に戻り、冷媒流路２内には、板状の伝熱フィンが設けられている。すなわち、第１流路部２１内には伝熱フィン３１が設けられ、第２流路部２２内には伝熱フィン３２が設けられている。なお、図示の都合上、図３では伝熱フィン（３１、３２）を模式的に図示している。また、図４および図５では、伝熱フィンの図示を省略している。第１流路部２１内の伝熱フィン３１および第２流路部２２内の伝熱フィン３２は、たとえばコルゲートフィン（図７および図８参照）からなる。
【００４５】
第２流路部２２内の伝熱フィン３２は、第１流路部２１内の伝熱フィン３１よりも圧力損失が小さいフィンにより構成されている。伝熱フィンの圧力損失は、主として伝熱フィンの種類（フィン形状）および流路幅方向のピッチによって調整することができ、圧力損失と伝熱性能とがトレードオフの関係にある。
【００４６】
伝熱フィンの種類（フィン形状）としては、一定ピッチで流路長さ方向に直線状に延びるプレーンフィン（図示せず）や、たとえば図７に示すように、プレーンフィンに複数の貫通孔が設けられたパーフォレートフィンなどの直線状フィン３３を採用することができる。また、たとえば図８に示すように、冷媒の流通方向に並ぶ複数のフィン部３４を含み、複数のフィン部３４が互いに流路幅方向にずれるように形成されたオフセットフィン（セレートフィン）３５を採用することができる。ピッチや板厚が同一の場合、圧力損失および伝熱性能が小さい方から、プレーンフィン、パーフォレートフィン、オフセットフィンの順で圧力損失および伝熱性能が大きくなる。流路幅方向のピッチは、小さいほど圧力損失および伝熱性能が大きくなる。
【００４７】
第１流路部２１内の伝熱フィン３１および第２流路部２２内の伝熱フィン３２としては、共に、同一種類のフィンが設けられており、たとえばパーフォレートフィンなどの直線状フィン３３（図７参照）が設けられている。一方、第１流路部２１内の伝熱フィン３１および第２流路部２２内の伝熱フィン３２とで、流路幅方向のピッチが異なる。すなわち、伝熱フィン３２は、伝熱フィン３１のピッチよりも大きなピッチを有している。
【００４８】
さらに、第２流路部２２には、上流側ほど圧力損失が低くなるように、フィン形状または流路幅方向のピッチが異なる複数の伝熱フィン３２ａ、３２ｂが設けられている。つまり、伝熱フィン３２は、複数種類の伝熱フィン３２ａおよび３２ｂによって構成されている。具体的には、第２流路部２２内において、配置領域１０Ａおよび１０Ｂと重なる位置を通過するＸ方向の距離Ｄ１の範囲では、ピッチＰ２ａを有する伝熱フィン３２ａが設けられており、配置領域１０Ｃと重なる位置を通過するＸ方向の距離Ｄ２の範囲では、ピッチＰ２ｂを有する伝熱フィン３２ｂが設けられている。上流側の伝熱フィン３２ａのピッチＰ２ａは、下流側の伝熱フィン３２ｂのピッチＰ２ｂよりも大きい。
【００４９】
第１流路部２１の伝熱フィン３１のピッチＰ１は、第２流路部２２の上流側の伝熱フィン３２ａのピッチＰ２ａよりも小さい。なお、図３の構成例では、第１流路部２１の伝熱フィン３１のピッチＰ１は、第２流路部２２の下流側の伝熱フィン３２ｂのピッチＰ２ｂと概ね一致する。したがって、冷媒流路２の前半（上流側）部分と後半（下流側）部分とで、ピッチを異ならせている。
【００５０】
各伝熱フィンのピッチＰ１、Ｐ２ａおよびＰ２ｂは、第１流路部２１における流路抵抗の増大分を相殺するように設定されている。つまり、冷媒流路２の全体が第２流路幅Ｗ２の一定幅である場合を基準として、第１流路部２１によって流路幅が絞られることによる圧力損失の増大分が、伝熱フィン３２ａのピッチＰ２ａを他の伝熱フィンのピッチＰ２ｂ、Ｐ１よりも大きくすることによる圧力損失の減少分によって補われている。ピッチの一例として、第２流路部２２の上流側の伝熱フィン３２ａのピッチＰ２ａは、たとえば約２．１ｍｍであり、下流側の伝熱フィン３２ｂのピッチＰ２ｂおよび第１流路部２１の伝熱フィン３１のピッチＰ１は、たとえば約１．４ｍｍである。
【００５１】
（冷却装置の作用）
以上の構成により、ヘッダ部３の冷媒入口３ａから、冷媒流路２に冷媒が供給される。冷媒は、冷媒流路２の第２流路部２２に流入し、Ｘ１方向に距離Ｄ１だけ進んで折り返し部２３まで流れる。冷媒は、折り返し部２３でＹ１方向に流れた後、第２流路部２２の下流側の距離Ｄ２の範囲をＸ２方向に逆向きに流れた後、第１流路部２１に流入する。第１流路部２１は２つに分岐すると共に、それぞれ流路幅が絞られていることにより、第１流路部２１において冷媒の流速が増大する。第１流路部２１を通過した冷媒は、冷媒出口３ｂから流出する。
【００５２】
図９は、冷却装置１００の作動中における冷媒流路２の各位置と第１面１ａにおける表面温度（取付面温度）との関係を示している。横軸に冷媒入口３ａから冷媒出口３ｂまでの距離（冷媒流路２内の位置）をとり、縦軸に第１面１ａにおける温度をとっている。図９の横軸において、配置領域１０Ｂと配置領域１０Ｃとの間には折り返し部２３が存在するが、折り返し部２３では冷却対象物Ｍの冷却が行われないため省略している。第１実施形態の冷却装置１００での温度変化を図９の実線で示し、冷媒平均温度を２点鎖線で示している。また、比較例として、冷媒流路の流路幅が一定（Ｗ２）で、かつ、冷媒流路全体にわたって共通の伝熱フィン３２ｂ（ピッチＰ２ｂ）を設けた構成の冷却装置における温度変化を破線で示している。各配置領域１０Ａ〜１０Ｄにおける許容温度をＴｍとする。
【００５３】
第１実施形態では、冷媒流路２のうち、上流側の第２流路部２２（Ｘ方向における距離Ｄ１の範囲に形成された第２流路部２２）では冷媒温度が低く、配置領域１０Ａおよび１０Ｂの表面温度と冷媒温度との温度差が大きいため、冷却能力に余裕がある。そのため、上流側の第２流路部２２内に大きいピッチＰ２ａを有し伝熱性能が相対的に低い伝熱フィン３２ａが設けられていても、配置領域１０Ａおよび１０Ｂに配置される冷却対象物Ｍに対しては、局所発熱部ＨＳで発生した熱も上流側の第２流路部２２内を流れる冷媒に十分に吸収される。冷媒温度は、局所発熱部ＨＳの直下を通過した冷媒と、局所発熱部ＨＳ以外の位置を通過した冷媒とで温度分布が生じるが、平均温度としては、下流側に向かうに従って上昇する。
【００５４】
上流側の第２流路部２２（Ｘ方向における距離Ｄ１の範囲に形成された第２流路部２２）から下流側の第２流路部２２（Ｘ方向における距離Ｄ２の範囲に形成された第２流路部２２）に切り替わる時に、ピッチＰ２ａの伝熱フィン３２ａからピッチＰ２ｂの伝熱フィン３２ｂに切り替わる。ピッチＰ２ｂの伝熱フィン３２ｂに切り替わることによって、上流側の第２流路部２２よりも伝熱性能が向上するため、配置領域１０Ｃの表面温度が一旦低下し、その後上昇する。配置領域１０Ｃでは、許容温度Ｔｍからは余裕があり、配置領域１０Ｃに配置される冷却対象物Ｍに対しては、十分な冷却能力が得られる。冷媒温度は、平均温度がさらに上昇して、冷却能力の余裕が少なくなる。
【００５５】
配置領域１０Ｄ（所定の配置領域ＤＲ）では、冷媒温度（冷媒の平均温度）が上昇した状態となるため、冷却能力の余裕が少なくなる。このため、所定の配置領域ＤＲでは、所定の配置領域ＤＲに配置された冷却対象物Ｍの局所発熱部ＨＳに重なる位置において表面温度が許容温度Ｔｍに到達しやすくなる。第１実施形態では、第１流路幅Ｗ１の第１流路部２１によって局所発熱部ＨＳの直下の位置を冷媒が集中的に通過し、冷媒の流速が上昇する。これにより、局所発熱部ＨＳで発生した熱が第１流路部２１内を流れる冷媒に効率的に吸収され、冷媒温度が上昇した状態でも局所発熱部ＨＳが十分に冷却される。また、図５に示したように第１流路幅Ｗ１の第１流路部２１によって冷媒流路２が絞られるため、第１流路部２１では、第２流路部２２において局所発熱部ＨＳ以外の直下を通過した低温の冷媒と、局所発熱部ＨＳの直下を通過した高温の冷媒とが混合され、概ね平均温度となった冷媒が局所発熱部ＨＳの直下を通過する。そのため、第２流路部２２において局所発熱部ＨＳの直下を通過しなかった低温の冷媒を利用して、第１流路部２１における局所発熱部ＨＳに対する冷却能力が上昇する。これらにより、冷却装置１００は、冷却能力の余裕が少なくなる所定の配置領域ＤＲに配置される冷却対象物Ｍに対しても、所望の冷却能力が確保される。
【００５６】
比較例の場合、上流側の配置領域１０Ａおよび１０Ｂでは、第１実施形態と比較して冷媒流路内に設置される伝熱フィンのピッチが小さいため、表面温度が低くなる一方、下流側に向かうに従って表面温度が単調増加する。その結果、比較例では、配置領域１０Ｄで表面温度が許容温度Ｔｍに到達する。上記のように、局所発熱部ＨＳの直下を通過した冷媒と、局所発熱部ＨＳ以外の直下の位置を通過した冷媒とで温度分布が生じるため、第１流路部２１を設けない比較例の場合、局所発熱部ＨＳの直下には高温の冷媒が通過することになる。そのため、特に局所発熱部ＨＳと重なる位置において表面温度が許容温度Ｔｍを超えやすくなる。
【００５７】
このように、第１実施形態では、特に冷却能力の余裕が少なくなる配置領域１０Ｄ（所定の配置領域ＤＲ）において、局所発熱部ＨＳを集中的に冷却することによって、表面温度が許容温度Ｔｍを超えることが抑制される。
【００５８】
（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００５９】
上記のように、複数の配置領域１０のうち所定の配置領域ＤＲと重なる位置を通る第１流路部２１と、所定の配置領域ＤＲ以外の他の配置領域１０と重なる位置を通る第２流路部２２とを含む冷媒流路２を設け、第１流路部２１を、所定の配置領域ＤＲ内の一部と重なる所定位置（集中冷却部２４）に、第２流路部２２よりも集中的に冷媒を通過させるように形成する。これにより、第１流路部２１では、所定位置（集中冷却部２４）において冷媒を集中的に流すことにより流速を上昇させ、所定位置（集中冷却部２４）の直上に位置する一部分に対する冷却能力を局所的に向上させることができる。したがって、冷却対象物Ｍの内部での発熱分布を考慮して、特に冷却が必要な部分が第１流路部（集中冷却部２４）の直上に位置するように冷却対象物Ｍを配置することにより、局所的に冷却能力が不足する（冷却対象物Ｍの温度が局所的に許容温度Ｔｍを超える）ことを抑制することが可能となる。
【００６０】
そして、図３のように、複数の配置領域１０のうちで、最も冷却能力が必要な所定の配置領域ＤＲに合わせて第１流路部２１を配置する場合には、最も冷却が必要な部分での冷却能力の不足を抑制することができるので、各々の冷却対象物Ｍに対して冷媒流路２全体で十分な冷却能力を確保することが可能となる。さらに、冷却能力に余裕がある他の配置領域１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）に重なる位置には、第１流路部２１ほど冷媒を集中的に流さずに圧力損失を低く抑えることが可能な第２流路部２２を設けることによって、第１流路部２１による圧力損失の増大分を相殺して、冷却装置１００全体での圧力損失の上昇を抑制することができる。これらの結果、冷却装置１００全体の圧力損失が増大するのを抑制しつつ、局所的に冷却能力が不足することを抑制することによって冷却対象物Ｍに対して十分な冷却能力を確保することができる。
【００６１】
また、上記のように、第１流路部２１を、所定の配置領域ＤＲに配置される冷却対象物Ｍの局所発熱部ＨＳと重なる所定位置に配置する。これにより、冷却対象物Ｍのうちで特に発熱密度が大きくなる局所発熱部ＨＳと重なる位置に第１流路部２１を配置することができるので、冷却対象物Ｍの局所的な発熱によって冷却能力が不足することを確実かつ効果的に抑制することができる。
【００６２】
また、上記のように、第１流路部２１を、第２流路部２２の第２流路幅Ｗ２よりも小さい第１流路幅Ｗ１を有するように形成することにより、所定位置（集中冷却部２４）に冷媒を集中的に通過させるように構成する。これにより、容易に、所定位置（集中冷却部２４）に冷媒を集中させて流速を増大させ、局所的な冷却能力を増大させることができる。また、第２流路部２２の第２流路幅Ｗ２を相対的に大きくすることができるので、第２流路部２２の圧力損失を低く抑えて冷却装置１００全体での圧力損失の上昇を抑制することができる。
【００６３】
また、上記のように、第１流路部２１の第１流路幅Ｗ１を、流路幅方向（Ｙ方向）における局所発熱部ＨＳの幅（Ｌ２）以上の大きさにする。これにより、第１流路幅Ｗ１を第２流路幅Ｗ２よりも小さくする場合でも、少なくとも局所発熱部ＨＳの全体と重なる範囲に第１流路部２１を形成することができる。その結果、第１流路部２１における冷媒の流速を上げつつ、局所発熱部ＨＳの全体を冷却することにより、局所発熱部ＨＳを効果的に冷却することができる。
【００６４】
また、上記のように、第２流路部２２内の伝熱フィン３２ａを、第１流路部２１内の伝熱フィン３１よりも圧力損失が小さいフィンにより構成する。これにより、第２流路部２２内の第２流路幅Ｗ２を相対的に大きくするだけでなく、第１流路部２１内の伝熱フィン３１よりも圧力損失が小さい伝熱フィン３２ａを第２流路部２２内に設けることによって、冷却能力に余裕がある第２流路部２２における圧力損失を低く抑えることができる。この結果、冷却装置１００全体での圧力損失の上昇を抑制することができる。
【００６５】
また、上記のように、第２流路部２２に、上流側ほど圧力損失が低くなるように、伝熱フィン３２ａおよび３２ｂを設ける。図３に示した例では、第２流路部２２に上流側ほど圧力損失が低くなるように、流路幅方向のピッチが異なる複数の伝熱フィン３２ａおよび３２ｂを設けている。冷却能力に余裕がある上流側ほど圧力損失が低く伝熱性能が低くなるように伝熱フィン３２ａ、３２ｂを設けることにより、冷却能力の余裕に応じて圧力損失および伝熱性能を調整できるので、より効果的に、冷却能力を確保しつつ冷却装置１００の圧力損失の上昇を抑制することができる。
【００６６】
また、上記のように、複数の配置領域１０のうち、冷媒流路２の最も下流側に位置する配置領域１０Ｄを、所定の配置領域ＤＲとする。ここで、複数の配置領域１０に配置される各冷却対象物Ｍの発熱量に大きな違いがない場合には、最も下流側の配置領域１０Ｄに配置される冷却対象物Ｍにおいて冷却能力が不足しやすくなる。そのため、冷媒流路２の最も下流側に位置する配置領域１０Ｄを所定の配置領域ＤＲとし、所定の配置領域ＤＲに配置される冷却対象物Ｍの局所発熱部ＨＳと重なる所定位置（集中冷却部２４）に第１流路部２１を配置することによって、冷却対象物Ｍの局所的な発熱によって冷却能力が不足することをより一層効果的に抑制することができる。
【００６７】
［第２実施形態］
次に、図１０を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、複数の配置領域１０のうち冷媒流路２の最も下流側に位置する配置領域１０Ｄを所定の配置領域ＤＲとした上記第１実施形態と異なり、複数の配置領域１０のうち、発熱密度が最も高い局所発熱部ＨＳを含んだ冷却対象物Ｍが配置される配置領域（配置領域１０Ｃ）を所定の配置領域ＤＲとした例について説明する。
【００６８】
第２実施形態では、各配置領域１０に配置される各冷却対象物Ｍの発熱量が異なることを前提とする。一例として、各冷却対象物Ｍのうちで、配置領域１０Ｃに配置される冷却対象物Ｍの発熱量が最大となる例を示す。より具体的には、配置領域１０Ｃに配置される冷却対象物Ｍの局所発熱部ＨＳの発熱密度が、各冷却対象物Ｍのうちで最大の発熱密度となる。そこで、発熱密度が最も高い局所発熱部ＨＳを含んだ冷却対象物Ｍが配置される配置領域１０Ｃが所定の配置領域ＤＲとして設定（設計）されている。
【００６９】
図１０に示すように、冷却装置２００では、第１流路部１２１が、複数の配置領域１０のうち、所定の配置領域ＤＲに配置される冷却対象物Ｍの局所発熱部ＨＳ（発熱密度が最も高い局所発熱部ＨＳ）と重なる所定位置に配置されている。つまり、図１０の冷媒流路２の構成例では、第１流路部１２１によって、配置領域１０Ｃに配置される冷却対象物Ｍの各局所発熱部ＨＳと重なる所定位置に集中冷却部２４が形成されている。
【００７０】
第２流路部１２２は、複数の配置領域１０のうち、配置領域１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｄと重なる位置に配置されている。このため、第２流路部１２２は、第１流路部１２１の上流側および下流側にそれぞれ配置されており、第１流路部１２１が、冷媒流路２の最下流ではなく途中の位置に配置されている。
【００７１】
第１流路部１２１の形状や流路幅は、上記第１実施形態における第１流路部２１と同様である。発熱量の異なる冷却対象物Ｍは形状や局所発熱部ＨＳの配置が他の冷却対象物Ｍとは異なることがあるため、その場合には、第１流路部１２１の形状や流路幅は、所定の配置領域ＤＲに配置される冷却対象物Ｍの局所発熱部ＨＳに合わせて形成される。
【００７２】
また、第２流路部１２２内の伝熱フィン１３２と、第１流路部１２１内の伝熱フィン１３１とで異なる種類（形状）のフィンが採用されている。たとえば、第２流路部１２２内の伝熱フィン１３２は、冷媒の流通方向に延びる直線状フィン３３（図７参照）である。直線状フィン３３は、たとえば上記のプレーンフィンやパーフォレートフィンである。第１流路部１２１内の伝熱フィン１３１は、たとえばオフセットフィン３５（図８参照）である。
【００７３】
第２流路部１２２において、配置領域１０Ａおよび１０Ｂと重なる位置を通過する上流側の第２流路部１２２内の伝熱フィン１３２ａは、ピッチＰ１２ａを有する。配置領域１０Ｄと重なる位置を通過する下流側の第２流路部１２２内の伝熱フィン１３２ｂは、ピッチＰ１２ｂを有する。上流側の伝熱フィン１３２ａのピッチＰ１２ａは、下流側の伝熱フィン１３２ｂのピッチＰ１２ｂよりも大きい。
【００７４】
第１流路部１２１内の伝熱フィン１３１は、ピッチＰ１１を有する。伝熱フィン１３１のピッチＰ１１は、たとえば、下流側の伝熱フィン１３２ｂのピッチＰ１２ｂと等しい。
【００７５】
第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態の構成と同様である。
【００７６】
（第２実施形態の効果）
第２実施形態でも、上記第１実施形態と同様に、第１流路部１２１を、所定の配置領域ＤＲ内の一部と重なる所定位置（集中冷却部２４）に、第２流路部１２２よりも集中的に冷媒を通過させるように形成することによって、冷却装置２００全体の圧力損失が増大するのを抑制しつつ、局所的に冷却能力が不足することを抑制することによって冷却対象物Ｍに対して十分な冷却能力を確保することができる。
【００７７】
また、上記のように、複数の配置領域１０のうち、発熱密度が最も高い局所発熱部ＨＳを含んだ冷却対象物Ｍが配置される配置領域１０Ｃを、所定の配置領域ＤＲとする。ここで、複数の配置領域１０に配置される各冷却対象物Ｍの発熱量が異なる場合には、発熱密度が最も高い局所発熱部ＨＳにおいて冷却能力が不足しやすくなる。そのため、発熱密度が最も高い局所発熱部ＨＳを含んだ冷却対象物Ｍが配置される配置領域１０Ｃを所定の配置領域ＤＲとし、所定の配置領域ＤＲに配置される冷却対象物Ｍの局所発熱部ＨＳと重なる所定位置（集中冷却部２４）に第１流路部１２１を配置することによって、冷却対象物Ｍの局所的な発熱によって冷却能力が不足することをより一層効果的に抑制することができる。
【００７８】
また、上記のように、第２流路部１２２内の伝熱フィン１３２を直線状フィン３３により構成し、第１流路部１２１内の伝熱フィン１３１をオフセットフィン３５により構成する。つまり、相対的に冷却能力に余裕がある第２流路部１２２には低圧力損失で低伝熱性能の直線状フィン３３を設け、相対的に冷却能力が必要な第１流路部１２１には高圧力損失で高伝熱性能のオフセットフィン３５を設けている。その結果、冷却装置２００全体での圧力損失の上昇を抑制しつつ、複数の冷却対象物Ｍの各々に対する冷却能力を各々の発熱に応じて最適化することができる。また、例えば、第２流路部１２２において局所発熱部ＨＳと重なる位置を通過して温められた冷媒と、発熱が高くない箇所を通過した（局所発熱部ＨＳ以外と重なる位置を通過した）低温の冷媒とが第１流路部１２１に流入する際など、温度差を有する冷媒が第１流路部１２１に流する際、オフセットフィン３５によって冷媒を攪拌し、冷媒温度を平均化させて冷却能力を維持することができるので、局所発熱部ＨＳを効果的に冷却することができる。
【００７９】
第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態の効果と同様である。
【００８０】
［第３実施形態］
次に、図１１を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、冷媒流路２に流路幅の異なる第１流路部と第２流路部とを設けた上記第１および第２実施形態と異なり、第１流路部と第２流路部とを設けずに冷媒流路２の流路幅を一定にした例について説明する。
【００８１】
第３実施形態では、上記第１実施形態と同様に、各冷却対象物Ｍが概ね同一である（発熱量が概ね等しい）との前提の下、最も下流側の配置領域１０Ｄを所定の配置領域ＤＲとする例について説明する。
【００８２】
冷却装置３００では、冷媒流路２は、流路部２２０と、折り返し部２３とを含む。流路部２２０は、折り返し部２３の上流側および下流側において、一定の流路幅Ｗ３１を有する直線状流路となっている。
【００８３】
冷媒流路２は、複数の配置領域１０のうち所定の配置領域ＤＲ（配置領域１０Ｄ）と重なる位置に配置された第１伝熱フィン２３１と、所定の配置領域ＤＲ以外の他の配置領域１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）と重なる位置に配置された第２伝熱フィン２３２とを含む。第１伝熱フィン２３１は、第２伝熱フィン２３２よりも下流側に配置されている。
【００８４】
第１伝熱フィン２３１および第２伝熱フィン２３２には、性能が異なるフィンが採用されている。第１伝熱フィン２３１は、第２伝熱フィン２３２とは異なるとともに、第２伝熱フィン２３２よりも圧力損失が大きく伝熱性能が高いオフセットフィン３５（図８参照）からなる。第２伝熱フィン２３２は、直線状フィン３３（図７参照）からなる。直線状フィン３３は、プレーンフィン（図示せず）でもよいし、パーフォレートフィン（図７参照）でもよい。
【００８５】
所定の配置領域ＤＲと重なる位置において、第２伝熱フィン２３２よりも圧力損失が大きく伝熱性能が高いオフセットフィン３５（第１伝熱フィン２３１）を設けることにより、第１に、他の配置領域１０よりも高性能なフィンによって放熱性能が向上する。第２に、オフセットフィン３５の攪拌効果によって、冷媒の温度分布が平均化する。上流側の配置領域１０Ｃの局所発熱部ＨＳと重なる位置を通過して温められた高温の冷媒と、局所発熱部ＨＳと重なる位置を通過しなかった（相対的に）低温の冷媒とは、直線状フィン３３からなる第２伝熱フィン２３２から、温度分布を有したまま第１伝熱フィン２３１に到達する。これらの冷媒が第１伝熱フィン２３１において攪拌されることによって、温度分布が平均化された相対的に低温の冷媒が所定の配置領域ＤＲの局所発熱部ＨＳの直下に供給される。
【００８６】
第２伝熱フィン２３２は、流路幅方向のピッチが第１伝熱フィン２３１よりも大きくなっている。第２伝熱フィン２３２は、第１伝熱フィン２３１による圧力損失の上昇分を相殺するように構成されている。
【００８７】
また、第２伝熱フィン２３２は、上流側ほど圧力損失が低くなるように、流路幅方向のピッチが異なる複数の伝熱フィン（２３２ａ、２３２ｂ）から構成されている。上流側の配置領域１０Ａおよび配置領域１０Ｂに対応して設けられた第２伝熱フィン２３２ａと、下流側の配置領域１０Ｃに対応して設けられた第２伝熱フィン２３２ｂとで、ピッチが異なっている。
【００８８】
具体的には、第２伝熱フィン２３２ａのピッチＰ３２ａが、第２伝熱フィン２３２ｂのピッチＰ３２ｂよりも大きい。また、第２伝熱フィン２３２ｂのピッチＰ３２ｂは、第１伝熱フィン２３１のピッチＰ３１よりも大きい。
【００８９】
一例として、第２伝熱フィン２３２ａのピッチＰ３２ａは、約２．１ｍｍである。第２伝熱フィン２３２ｂのピッチＰ３２ｂは、約１．４ｍｍである。第１伝熱フィン２３１のピッチＰ３１は、約１．３ｍｍである。
【００９０】
第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態の構成と同様である。
【００９１】
（第３実施形態の効果）
上記のように、複数の配置領域１０のうち所定の配置領域ＤＲと重なる位置に配置された第１伝熱フィン２３１と、所定の配置領域ＤＲ以外の他の配置領域１０と重なる位置に配置された第２伝熱フィン２３２とを含む冷媒流路２を設ける。そして、第１伝熱フィン２３１を、第２伝熱フィン２３２よりも圧力損失が大きく伝熱性能が高いオフセットフィン３５により構成する。これにより、第１伝熱フィン２３１では、第２伝熱フィン２３２よりも伝熱性能が高いことに加えて、オフセットフィン３５によって冷媒を攪拌することができる。したがって、冷却対象物Ｍの内部での発熱分布を考慮して、特に冷却が必要な部分（局所発熱部ＨＳ）が第１伝熱フィン２３１と重なる位置となるように冷却対象物Ｍを配置することにより、局所的な発熱箇所で温められた冷媒と、発熱が高くない箇所での低温の冷媒とを攪拌し、冷媒温度を平均化させて冷却能力を維持することができるので、局所的な発熱によって冷却能力が不足する（冷却対象物Ｍの温度が局所的に許容温度Ｔｍを超える）ことを抑制することが可能となる。そして、それぞれ冷却対象物Ｍが配置される複数の配置領域１０のうちで、最も冷却能力が必要な所定の配置領域ＤＲに合わせて第１伝熱フィン２３１を配置すれば、各々の冷却対象物Ｍに対して冷媒流路２全体で十分な冷却能力を確保することが可能となる。さらに、冷却能力に余裕がある他の配置領域１０では、第１伝熱フィン２３１よりも圧力損失が小さい直線状フィン３３からなる第２伝熱フィン２３２を設けることにより、第１伝熱フィン２３１による圧力損失の増大分を相殺して、冷却装置３００全体での圧力損失の上昇を抑制することができる。以上の結果、冷却装置３００全体での圧力損失の上昇を抑制しつつ、局所的に冷却能力が不足することを抑制することによって冷却対象物Ｍに対して十分な冷却能力を確保することができる。
【００９２】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【００９３】
たとえば、上記第１〜第３実施形態では、冷却対象物Ｍが電力制御用スイッチング素子を備えたパワーモジュールである例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、冷却対象物はどのような物であってもよい。本発明では、冷却対象物の発熱分布に着目して、冷却能力を所定位置に集中させることから、内部に発熱源を含み局所的な発熱が大きい冷却対象物を冷却するのに特に効果的である。
【００９４】
また、上記第１〜第３実施形態では、冷媒流路が１層の板状のコールドプレートに本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られない。本体部に複数層の冷媒流路が形成されてもよい。また、本体部１の第１面（上面）１ａに配置領域１０を設けるだけでなく、第２面（下面）１ｂにも配置領域１０を設けてもよい。
【００９５】
また、上記第１〜第３実施形態では、４つの配置領域１０を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、配置領域は複数あればよく、２つ、３つまたは５つ以上の配置領域を設けてもよい。また、配置領域の大きさや形状も任意であり、配置される冷却対象物の形状に応じて適宜設定されるものである。
【００９６】
また、上記第１〜第３実施形態では、折り返し部２３を設けたＵ字形状の冷媒流路２の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、折り返し部を設けない直線状の冷媒流路であってもよい。また、折り返し部を複数設けて、本体部の一端と他端とで蛇行する形状の冷媒流路であってもよい。
【００９７】
また、上記第１〜第３実施形態では、伝熱フィンの例として、直線状フィン３３（プレーンフィンまたはパーフォレートフィン）と、オフセットフィン３５とを示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、伝熱フィンとして、これら以外のルーバーフィンやヘリンボーンフィンを採用してもよい。
【００９８】
また、上記第１および第２実施形態では、第１流路部２１の流路幅（第１流路幅Ｗ１）を狭めることによって、所定位置（集中冷却部２４）に集中的に冷媒を通過させる構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１流路部２１に案内部を設けることによって、所定位置（集中冷却部２４）に集中的に冷媒を通過させてもよい。
【００９９】
図１２に示す変形例では、第１流路部３２１は、第２流路部３２２と等しい流路幅Ｗ４１を有している一方、冷媒を所定位置（集中冷却部２４）に集中させるための案内部３０１を有している。案内部３０１は、冷媒の流れを所定位置（集中冷却部２４）に集中させるように傾斜した板状部（案内壁）により構成することができる。案内部３０１によって、第１流路部２１を流れる冷媒の大部分が集中冷却部２４に案内される。その結果、集中冷却部２４において流速が上昇して冷却能力が向上する。変形例では、第１流路部２１を流れる冷媒の他の一部が、案内部３０１の外側を通過して集中冷却部２４を通らずに第１流路部２１から下流側へ流出する。
【０１００】
なお、図１２に示したように、局所発熱部ＨＳは、冷却対象物Ｍに対して２列に並ぶように形成されている必要はないし、局所発熱部ＨＳの形状も任意である。
【０１０１】
また、上記第１および第２実施形態では、第１流路部２１の第１流路幅Ｗ１を、流路幅方向（Ｙ方向）における局所発熱部ＨＳの幅（長さＬ２）と一致させた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１流路幅Ｗ１が局所発熱部ＨＳの幅（長さＬ２）よりも大きくてもよい。たとえば、図１３の変形例に示すように、局所発熱部ＨＳと第１流路部２１との間における熱の拡散分だけ、第１流路幅Ｗ１を局所発熱部ＨＳの幅（長さＬ２）よりも大きくしてもよい。この場合、局所発熱部ＨＳからの熱拡散の角度θと、局所発熱部ＨＳと第１流路部２１との間の距離Ｄ１１とに基づいて、角度θで拡散した熱が第１流路部２１に吸収されるように第１流路幅Ｗ１を設定することが好ましい。熱拡散の角度θ＝４５°とすれば、第１流路幅Ｗ１は、局所発熱部ＨＳの幅（長さＬ２）よりも両側にそれぞれ距離Ｄ１１分だけ大きく設定することが好ましい。
【符号の説明】
【０１０２】
１  本体部
２  冷媒流路
１０（１０Ａ〜１０Ｄ）  配置領域
２１、１２１  第１流路部
２２、１２２  第２流路部
３１、１３１  伝熱フィン（第１流路部の伝熱フィン）
３２（３２ａ、３２ｂ）、１３２（１３２ａ、１３２ｂ）  伝熱フィン（第２流路部の伝熱フィン）
３３  直線状フィン
３４  フィン部
３５  オフセットフィン
１００、２００、３００  冷却装置
２３１  第１伝熱フィン
２３２（２３２ａ、２３２ｂ）  第２伝熱フィン
ＨＳ  局所発熱部
Ｍ  冷却対象物
【図１】
2018055923.tif 000003
【図２】
2018055923.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2018055923.tif 000011
【図１０】
2018055923.tif 000012
【図１１】
2018055923.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年1月19日(2018.1.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象物が配置される複数の配置領域を表面に有する本体部と、
前記本体部内に設けられた冷媒流路とを備え、
前記冷媒流路は、前記複数の配置領域のうち所定の配置領域と重なる位置を通る第１流路部と、前記所定の配置領域以外の他の前記配置領域と重なる位置を通る第２流路部とを含み、
前記第１流路部は、前記所定の配置領域内の一部と重なる所定位置に、前記第２流路部よりも集中的に冷媒を通過させるように形成されており、
前記第１流路部と前記第２流路部との境界には、冷媒を混合するための絞りが設けられている、冷却装置。
【請求項２】
前記第１流路部は、前記所定の配置領域に配置される前記冷却対象物の局所発熱部と重なる前記所定位置に配置されている、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記第１流路部は、前記第２流路部の第２流路幅よりも小さい第１流路幅を有することにより、前記所定位置に冷媒を集中的に通過させるように構成されている、請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記第１流路部の第１流路幅は、流路幅方向における前記局所発熱部の幅以上の大きさを有する、請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記冷媒流路内には、板状の伝熱フィンが設けられており、
前記第２流路部内の前記伝熱フィンは、前記第１流路部内の前記伝熱フィンよりも圧力損失が小さいフィンにより構成されている、請求項３または４に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記第２流路部の前記伝熱フィンは、冷媒の流通方向に延びる直線状フィンであり、
前記第１流路部の前記伝熱フィンは、冷媒の流通方向に並ぶ複数のフィン部が互いに流路幅方向にずれるように形成されたオフセットフィンである、請求項５に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記第２流路部は、前記第１流路部よりも前記冷媒流路の上流側に配置されており、
前記第２流路部には、上流側ほど圧力損失が低くなるように、フィン形状または流路幅方向のピッチが異なる複数の前記伝熱フィンが設けられている、請求項５または６に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記所定の配置領域は、複数の前記配置領域のうち、前記冷媒流路の最も下流側に位置する前記配置領域である、請求項２に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記所定の配置領域は、複数の前記配置領域のうち、発熱密度が最も高い前記局所発熱部を含んだ前記冷却対象物が配置される前記配置領域である、請求項２に記載の冷却装置。
【請求項１０】
（削除）
【国際調査報告】
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